Hvis de mekaniske egenskapene til ekstruderinger ikke er som forventet, fokuseres oppmerksomheten vanligvis på den opprinnelige sammensetningen av barren eller ekstruderings-/aldringsforholdene. Få stiller spørsmål ved om homogenisering i seg selv kan være et problem. Faktisk er homogeniseringstrinnet avgjørende for å produsere ekstruderinger av høy kvalitet. Manglende kontroll av homogeniseringstrinnet kan føre til:
● Økt gjennombruddstrykk
● Flere defekter
●Stripeteksturer etter anodisering
● Lavere ekstruderingshastighet
● Dårlige mekaniske egenskaper
Homogeniseringstrinnet har to hovedformål: raffinering av jernholdige intermetalliske forbindelser og omfordeling av magnesium (Mg) og silisium (Si). Ved å undersøke mikrostrukturen til barren før og etter homogenisering kan man forutsi om barren vil yte bra under ekstrudering.
Effekt av Billet-homogenisering på herding
I 6XXX-ekstruderinger kommer styrken fra Mg- og Si-rike faser som dannes under aldring. Evnen til å danne disse fasene avhenger av at elementene plasseres i fast løsning før aldringen begynner. For at Mg og Si til slutt skal bli en del av den faste løsningen, må metallet bråkjøles raskt fra over 530 °C. Ved temperaturer over dette punktet løses Mg og Si naturlig opp i aluminium. Under ekstrudering forblir imidlertid metallet bare over denne temperaturen i kort tid. For å sikre at alt Mg og Si løses opp, må Mg- og Si-partiklene være relativt små. Dessverre, under støping, utfelles Mg og Si som relativt store Mg₂Si-blokker (fig. 1a).
En typisk homogeniseringssyklus for 6060-barrer er 560 °C i 2 timer. I løpet av denne prosessen, siden barren holder seg over 530 °C i lang tid, løses Mg₂Si opp. Ved avkjøling utfelles den på nytt i en mye finere fordeling (fig. 1c). Hvis homogeniseringstemperaturen ikke er høy nok, eller tiden er for kort, vil noen store Mg₂Si-partikler bli igjen. Når dette skjer, inneholder den faste løsningen etter ekstrudering mindre Mg og Si, noe som gjør det umulig å danne en høy tetthet av herdende utfellinger – noe som fører til reduserte mekaniske egenskaper.
Fig. 1. Optiske mikrografer av polerte og 2 % HF-etsede 6060-barrer: (a) støpt, (b) delvis homogenisert, (c) fullstendig homogenisert.
Homogeniseringens rolle på jernholdige intermetalliske forbindelser
Jern (Fe) har større effekt på bruddseighet enn på styrke. I 6XXX-legeringer har Fe-faser en tendens til å danne β-fase (Al₅(FeMn)Si eller Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) under støping. Disse fasene er store, kantete og forstyrrer ekstruderingen (fremhevet i figur 2a). Under homogenisering diffunderer tunge elementer (Fe, Mn, etc.), og store kantete faser blir mindre og rundere (figur 2b).
Bare fra optiske bilder er det vanskelig å skille de ulike fasene, og det er umulig å kvantifisere dem på en pålitelig måte. Hos Innoval kvantifiserer vi homogenisering av barrer ved hjelp av vår interne metode for deteksjon og klassifisering av egenskaper (FDC), som gir en %α-verdi for barrer. Dette gjør det mulig for oss å vurdere kvaliteten på homogeniseringen.
Fig. 2. Optiske mikrografer av barrer (a) før og (b) etter homogenisering.
Metode for funksjonsdeteksjon og klassifisering (FDC)
Figur 3a viser en polert prøve analysert med skanningselektronmikroskopi (SEM). En gråtoneterskelmetode brukes deretter for å separere og identifisere intermetalliske forbindelser, som fremstår som hvite i figur 3b. Denne teknikken tillater analyse av områder opptil 1 mm², noe som betyr at over 1000 individuelle egenskaper kan analyseres samtidig.
Fig. 3. (a) Tilbakespredt elektronbilde av homogenisert 6060-barre, (b) identifiserte individuelle trekk fra (a).
Partikkelsammensetning
Innoval-systemet er utstyrt med en Oxford Instruments Xplore 30 energidispersiv røntgendetektor (EDX). Dette muliggjør rask automatisk innsamling av EDX-spektre fra hvert identifisert punkt. Fra disse spektrene kan partikkelsammensetningen bestemmes, og det relative Fe:Si-forholdet utledes.
Avhengig av Mn- eller Cr-innholdet i legeringen, kan andre tunge elementer også være inkludert. For noen 6XXX-legeringer (noen ganger med betydelig Mn) brukes (Fe+Mn):Si-forholdet som referanse. Disse forholdene kan deretter sammenlignes med forholdene til kjente Fe-holdige intermetalliske forbindelser.
β-fase (Al₅(FeMn)Si eller Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si-forhold ≈ 2. α-fase (Al₁₂(FeMn)₃Si eller Al₈.₃(FeMn)₂Si): forhold ≈ 4–6, avhengig av sammensetning. Vår tilpassede programvare lar oss sette en terskel og klassifisere hver partikkel som α eller β, og deretter kartlegge deres posisjoner i mikrostrukturen (fig. 4). Dette gir en omtrentlig prosentandel av transformert α i den homogeniserte barren.
Fig. 4. (a) Kart som viser α- og β-klassifiserte partikler, (b) spredningsplott av (Fe+Mn):Si-forhold.
Hva dataene kan fortelle oss
Figur 5 viser et eksempel på hvordan denne informasjonen brukes. I dette tilfellet indikerer resultatene ujevn oppvarming i en bestemt ovn, eller muligens at settpunkttemperaturen ikke ble nådd. For å kunne vurdere slike tilfeller på riktig måte kreves både testbarrieren og referansebarrer av kjent kvalitet. Uten disse kan ikke det forventede %α-området for den legeringssammensetningen fastslås.
Fig. 5. Sammenligning av %α i forskjellige seksjoner av en homogeniseringsovn med dårlig ytelse.
Publisert: 30. august 2025
